本发明属于液流电池电极，具体涉及一种由mbenes包覆的泡沫碳电极及其制备方法和应用。
背景技术：
1、鉴于可再生能源在全球能源生产中的份额快速增长，对大规模储能的需求也一直在增加。一个成功的储能系统所需要的标准特征是快响应时间、长寿命、能够承受大量的充放电寿命周期、灵活设计容量以满足发电和需求方的需要以及低成本。尽管抽水蓄能水电站在全球能源生产中的占比很大，但由于地理上的限制和对大量水源的要求，它们在现代能源领域的作用逐渐受到限制，并被一些化学能源所取代。锂离子电池、燃料电池、超级电容器和氧化还原液流电池正广泛进入储能市场。相较抽水蓄能，他们具有独特的特点，例如独立的功率设计、易于扩展、长寿命、高安全性和低维护性等。氧化还原液流电池，在长时间和大负荷的能源需求中处于领先地位。但是另一方面低能量和功率密度也限制了液流电池(frb)在储能领域的进一步推广。
2、针对这一问题，通过对电极和膜等关键材料的处理、配置电解质的浓度和组成、堆栈的布局等不同的方法被用来提高frb的能量和功率密度。作为液流电池中的关键材料，电极为反应离子的电化学氧化反应提供了反应场所，其电催化活性和活性反应区对电池性能有很大影响。碳基多孔电极，如碳布、碳纸、碳毡和石墨毡，是frb中最常用的电极材料，它们具有良好的化学和电化学稳定性以及导电性。然而，这些原始的碳电极几乎都是疏水性的，并且电极的电催化活性和反应面积需要进一步提高。因此一些新型的电极材料逐渐被研究和发现出来，例如木材、纤维素、海绵、泡沫碳等。其中泡沫碳由于其低成本和可控的内部纤维和孔隙结构，正逐渐成为传统的碳基多孔电极的替代品。
3、二维材料因其原子级的厚度、优异的比表面积、高电荷载流子迁移率、超高的化学活性和优越的机械强度而备受关注。迄今为止，二维材料已经迅速发展。自2004年发现石墨烯以来，石墨烯因其高比表面积和优异的导电性，在储能领域引起了广泛关注，并显示出广泛的应用前景。此外，还有一些常见的二维材料，如过渡金属二氯化物、金属氧化物、氮化物、磷化物、mxenes，由于其独特的性能，引起了研究者的广泛关注。一般来说，mxenes是通过用氢氟酸或氟化物盐的酸性溶液选择性地蚀刻max相中的a原子层而得到的。max相可以用mn+1axn来描述，m代表过渡金属，x代表碳或氮。mxenes具有比表面积大、亲水性好、导电性好、机械强度高等优点，在多种领域中发挥了重要作用。此外，还有一系列分子式为(mb)2aly(mb2)x的层状正交过渡金属硼化物也得到了很多关注。与max相类似，当mab相中的"a"元素被抹去后，二维过渡金属硼化物被称为mbenes。作为一种新型的二维材料，mbenes是一个非常有前途的纳米材料家族。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本发明提供一种由mbenes包覆的泡沫碳电极及其制备方法和应用，通过对制备过程中不同因素进行调控，使电极的物理性能得以提升，进而提高frb的能量和功率密度。
2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，提供一种由mbenes包覆的泡沫碳电极的制备方法，包括以下步骤：
3、s1：将mab前驱体材料通过酸处理、碱处理或高温熔融盐刻蚀处理制成mbenes材料；mab前驱体材料中m为cr、ru、zr或v，a为al，b为硼元素；
4、s2：将mbenes材料和增强相同时分散于分散体系中，得到浸泡液；增强相为含有w、bi、mn、fe、n、p和s原子中的至少一种的盐；
5、s3：将经过清洗后的泡沫碳材料浸没于浸泡液中，于10～60℃下浸泡1min～24h，得到复合泡沫碳；
6、s4：在惰性气氛中对复合泡沫碳进行热处理，得由mbenes包覆的泡沫碳电极；热处理流程为低温稳定、高温碳化和低温后氧化，或者是热处理流程为低温稳定和高温碳化，或者是热处理流程为高温碳化和低温后氧化，或者是热处理流程为高温碳化。
7、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8、进一步，酸处理为将mab前驱体材料浸没于质量分数为50％的hf溶液中，于室温下浸泡反应24～48h；碱处理为将mab前驱体材料浸没于质量分数为25％的naoh溶液中，于40℃下浸泡反应24～48h；高温熔融盐刻蚀处理为将mab前驱体材料与氟化盐等质量混合，然后在惰性气氛中将混合物升温至550℃，并保温2h，氟化盐为kf、lif或naf。
9、进一步，mab前驱体材料为cr4alb4、rualb2、zr4alb4或valb2。
10、进一步，mbenes材料为crb2、crb、rub2或zrb。
11、进一步，浸泡液中mbenes材料和增强相的含量均为0.1～5mol/l。
12、进一步，增强相为wcl6、bi(oh)3、fe(oh)3、mn(oh)2、nh4hso4和nh4h2po4中的至少一种。
13、进一步，分散体系为水、乙醇、dmf或2％ nafion溶液。
14、进一步，低温稳定为将复合泡沫碳升温至200～300℃，并保温1～2h；高温碳化为将复合泡沫碳升温至600～1200℃，并保温1～10h；低温后氧化为将复合泡沫碳降温至200～400℃，并保温1～2h。
15、本发明还公开了一种采用上述制备方法制得的由mbenes包覆的泡沫碳电极。
16、本发明还公开了由mbenes包覆的泡沫碳电极在制备液流电池中的应用。
17、本发明的有益效果是：
18、1、本发明利用mbenes和泡沫碳制备了新型电池电极，通过在泡沫碳表面包覆mbenes，使得电极的电导率、机械性能和催化活性得到提高，进而提高电池效率，为液流电池电极的应用提供新的思路，对简化电极制备过程、提高电池性能、降低储能系统成本有重要意义。
19、2、frb的性能主要表现为库仑效率(ce)、电压效率(ve)和能量效率(ee)。电极作为frb的关键材料和核心部件之一，通过促进反应的有效进行和为电解液的流动提供畅通的通道，极大地影响了电池的整体性能。frb的性能由电压效率和能量效率两方面决定，其中欧姆极化导致电池的电压损失，影响其电压效率。本发明采用mbenes包覆泡沫碳电极，可以有效降低电池的内阻和电池的极化损失，进而提高frb的性能。
20、3、本发明中电极的制备方法流程简单，条件易于满足，并且原料易得，大大降低了电极制备难度，可以快速制备出高电导率、高电化学活性的液流电池用电极材料。
1.一种由mbenes包覆的泡沫碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述酸处理为将mab前驱体材料浸没于质量分数为50％的hf溶液中，于室温下浸泡反应24～48h；所述碱处理为将mab前驱体材料浸没于质量分数为25％的naoh溶液中，于40℃下浸泡反应24～48h；所述高温熔融盐刻蚀处理为将mab前驱体材料与氟化盐等质量混合，然后在惰性气氛中将混合物升温至550℃，并保温2h，所述氟化盐为kf、lif或naf。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述mab前驱体材料为cr4alb4、rualb2、zr4alb4或valb2。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述mbenes材料为crb2、crb、rub2或zrb。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浸泡液中mbenes材料和增强相的含量均为0.1～5mol/l。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于：所述增强相为wcl6、bi(oh)3、fe(oh)3、mn(oh)2、nh4hso4和nh4h2po4中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述分散体系为水、乙醇、dmf或2％nafion溶液。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述低温稳定为将复合泡沫碳升温至200～300℃，并保温1～2h；所述高温碳化为将复合泡沫碳升温至600～1200℃，并保温1～10h；所述低温后氧化为将复合泡沫碳降温至200～400℃，并保温1～2h。
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的由mbenes包覆的泡沫碳电极。
10.权利要求9所述的由mbenes包覆的泡沫碳电极在制备液流电池中的应用。